ВКР: Датчик температуры,давления и влажности

АННОТАЦИЯ

Работа посвящена разработке датчика температуры, давления и влажности. В работе представлена схемотехническая часть, содержащая структурную схему моего устройства, информацию об элементной базе и описание электрической принципиальной схемы, алгоритм работы устройства, написанный в среде С, конструкторская часть, содержащая описание конструкции датчика, а также необходимые расчёты. Работа представляет собой комплекс расчетных и графических документов, оформленных согласно ЕСКД. Содержание графической части: схема электрическая принципиальная, чертеж печатной платы, сборочный чертеж электронной ячейки, сборочный чертеж датчика, спецификации, схемы сборки, эскизный техпроцесс. В заключении представлены выводы о проделанной работе и соответствии разработанного мною устройства техническому заданию.
Ключевые слова: датчик, температура, давление, влажность, схемотехническое проектирование, конструкторское проектирование, технологическое проектирование.

ANNOTATION

This work is devoted to the development of a temperature, pressure and humidity sensor. The paper presents a schematic part containing a structural diagram of my device, information about the element base and a description of the electrical circuit, the algorithm of the device, written in the C environment, the design part containing a description of the sensor design, as well as the necessary calculations. The work is a complex of calculation and graphic documents designed in accordance with the ESCD. The content of the graphic part: electrical schematic diagram, printed circuit Board drawing, electronic cell Assembly drawing, sensor Assembly drawing, specifications, Assembly diagrams, sketch technical process. In conclusion, the conclusions about the work done and the compliance of the device developed by me with the technical task are presented.
Keywords: sensor, temperature, pressure, humidity, circuit design, design engineering, technological design.







































СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, СОКРАЩЕНИЯ И ТЕРМИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
1.1 Анализ задания на проектирование датчика температуры, давления и влажности0
1.2 Анализ действующих конструкторских решений датчика температуры, давления и влажности2
1.2.1 Классификация датчиков2
1.2.2 Обзор аналогов датчика температуры, давления и влажности4
1.2.3 Технико-экономическое обоснование целесообразности разработки датчика температуры, давления и влажности8
Выводы9
2 СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ20
2.1 Анализ и разработка схемы электрической структурной (Э1) датчика температуры, давления и влажности21
2.2 Анализ и разработка схемы электрической принципиальной (Э3) датчика температуры, давления и влажности22
3 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ25
4 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ, ДАВЛЕНИЯ И ВЛАЖНОСТИ28
4.1 Постановка задачи разработки алгоритма работы датчика температуры, давления и влажности28
4.2 Разработка алгоритма работы программного обеспечения микроконтроллеров датчика температуры, давления и влажности28
4.3 Требования к реализации алгоритма работы внутреннего программного обеспечения МК датчика температуры, давления и влажности32
Выводы33
5 КОНСТРУКТОРСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ34
5.1 Трассировки печатных плат датчика температуры, давления и влажности37
5.2 Анализ электрических соединений КМП и КМО электронного модуля датчика 37
5.3 Анализ и выбор конструкции корпуса датчика39
5.4 Выбор способов защиты от внешних воздействий 40
5.5 Расчет параметров печатного монтажа43
5.6 Тепловой расчет блока45
5.7 Расчет температуры корпуса датчика температуры, давления и влажности47
5.8 Определение средне поверхностной температуры нагретой зоны датчика температуры, давления и влажности48
5.9 Расчет температуры поверхности микроконтроллера DD1 52
5.10 Расчет на действие вибрации53
5.11 Расчет на действие удара54
5.12 Расчет надежности при заданных параметров эксплуатации58
Выводы64
6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ, ДАВЛЕНИЯ И ВЛАЖНОСТИ65
6.1 Анализ конструкции датчика температуры, давления и влажности65
6.2 Анализ сборочного состава67
6.3 Расчёт и анализ такта выпуска датчика 69
6.4 Разработка схемы сборки электронной ячейки датчика температуры, давления и влажности70
6.5 Разработка маршрутного технологического процесса сборки76
7 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ 80
Выводы89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ99
ПРИЛОЖЕНИЕ А101











































УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, СОКРАЩЕНИЯ И ТЕРМИНЫ

ВПО – Внутреннее программное обеспечение;
ГОСТ – Государственный стандарт;
ДПП – Двухсторонняя печатная плата;
ЕСКД – Единая система конструкторской документации;
КМП – Компонент монтируемый на поверхность;
КМО – Компонент монтируемый в отверстие;
МК – Микроконтроллер;
ПП – Печатная плата;
СТФ – Стеклотекстолит фольгированный;
РПЗ – Расчётно-пояснительная записка;
РТЗ – Расширенное техническое задание;
РЭС –Радиоэлектронные средства;
РЭА – Радиоэлектронные аппаратура;
ТЗ – Техническое задание;
ЭРЭ – Электрорадиоэлементы;
GPIO – General Purpose Input-Output (Интерфейс ввода-вывода общего назначения);
SPI – Serial Peripheral Interface (Последовательный периферийный интерфейс);
USART – Universal Asynchronous Receiver - Transmitter (Универсальный синхронный /асинхронный приемник/передатчик);







ВВЕДЕНИЕ
Выбранная мою тема остается актуальной, так как изменения в атмосферевлияют на здоровье людей, их хозяйственную деятельность и могут патогенно сказыватьсяна их дальнейшее развитие и могут представлять под угрозу существование человека. Температура, влажность, потоки энергии атмосферы, скорость и направление ветра, осадки постоянно изменяются. Наиболее часто повторяющиеся особенности погоды, сохраняются практические неизменными на протяжении 30-40 лет на одной территории. Имея дело со столь продолжительными по времени процессами, невозможно не создавать устройства, предназначением которых является для отслеживание и мониторинг долговременных и кратковременных изменений окружающей среды.
В небольших городах предусмотрена одна метеостанция, которая проводит измерения на трех тысячах квадратных километров, из-за чего возникает потребность в измерении точных показателей